CN110149078A

CN110149078A - 一种基于线反电动势的无刷直流电机换相位置检测方法

Info

Publication number: CN110149078A
Application number: CN201910448161.XA
Authority: CN
Inventors: 于德亮; 魏群; 王兆天; 刘冬
Original assignee: Harbin University of Science and Technology
Current assignee: Harbin University of Science and Technology
Priority date: 2019-05-27
Filing date: 2019-05-27
Publication date: 2019-08-20

Abstract

一种基于线反电动势的无刷直流电机换相位置检测方法，属于电机控制领域。本发明为了解决现有技术中的无位置传感器电机位置检测需要的电路庞大，结构繁琐，计算过程复杂，效率低的问题；本申请在无刷直流电机的运行过程中，测得电机的三相端电压和相电流，将三相端电压与母线电流分别经运算得到线反电动势信号，改进线反电动势信号过零时刻即为无刷直流电机的换相时刻，最终实现电机换相的无位置传感器换相。本发明无需滤波电路，简化了装置，减少了相移误差，控制方法简单。

Description

一种基于线反电动势的无刷直流电机换相位置检测方法

技术领域

一种电机换相位置检测方法，属于电机控制技术领域，具体涉及基于线反电动势的无刷直流电机换相位置检测方法。

背景技术

无刷直流电机以其控制性能好，调速范围宽，运行平稳，控制简单，效率高等优越的性能成为近代专家学者的研究热点，无刷直流电机在航空航天，电动汽车，节能家电，医疗机械等领域得到的广泛的应用。传统的有位置传感器直流无刷电机，由于位置传感器的存在，增大了电机体积，降低了电机工作的可靠性，且位置传感器的安装精度要求较高，安装误差也会对电机性能产生影响。因此，无位置传感器的无刷直流电机控制电路的研究成为现在研究的热点。

反电动势法是目前无刷直流电机无位置检测方法中应用较为广泛的方法,该方法具有控制简单，成本较低，硬件方便实现的优点，但传统的反电动势过零法通常是将三相端电压通过低通滤波电路后得到反电动势信号进而得到位置信号，而低通滤波电路会带来相移，电机的中性点电压一般不会引出，不易测得，且传统反电动势法测得相反电动势后需延时30°才是电机换相时刻，计算复杂。

发明内容

本申请为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种基于线反电动势的无位置传感器无刷直流电机位置检测方法，无需滤波电路，简化了装置，减少了相移误差，控制方法简单。

一种基于线反电动势的无刷直流电机换相位置检测方法，包括如下步骤：

步骤1、测量无刷直流电机在运行过程中的三相端电压和三相电流；

步骤2、建立电机的数学模型，并结合步骤1测量的三相端电压和三相电流得到线反电动势；

步骤3、判断换相时刻；

步骤4、判断换相是否结束，若没有结束，则重新进入步骤1，否则直接结束控制。

进一步的，步骤2包括：

确定电机在不同换相区间的换相条件；

建立电机的数学模型，进而得到初始电机线反电动势；

将所述换相条件与所述初始电机线反电动势结合，得到改进电机线反电动势。

进一步的，所述电机的数学模型为：

式中，U_a、U_b、U_c分别为三相端电压，i_a、i_b、i_c分别为三相电流；e_a、e_b和e_c分别为a相、b相和c相电动势，R_s为相电阻，L为电机定子每相绕组自感与相间互感之差，U_n为电机中性点电压。

进一步的，所述初始线反电动势如下：

进一步的，所述改进线反电动势为：

其中，e_ca、e_bc、e_ab分别为三相线反电动势，R为电机定子相电阻，U_ca、U_bc、U_ab为线电压。

进一步的，所述换相时刻为线反电动势过零时刻。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

本申请在硬件上无需滤波电路，采用现有技术的传感器采集电机相电流和端电压，通过后续计算便可以完成电机位置的检测，简化了装置，避免了低通滤波电路带来相移干扰的问题，无需检测中性点电压，无需额外硬件电路，简化电路结构，并消除了的非导通相续流，有利于减小电磁转矩脉动，电路成本较低，利于在市场上进行推广；

本申请相比传统反电动势计算方法电机的相电流与端电压结合，得到电机的初始线反电动势，初始线反电动势与换相条件结合得到线反电动势，通过线反电动势就可以确定换相时刻，相比传统反电动势的计算法方法，其计算过程简单，控制过程简便。

本申请的线反电动势法只由端电压、相电流与电阻决定，相较与传统需额外对变化的电感与电流导数进行考虑的线反电动势公式，公式简单，影响参数少，抗干扰能力强。

本申请的线反电动势通用性强，无需考虑电机前一状态，对处于正转与反转的电机均适用,大大减少了硬件电路复杂性。

附图说明

图1为本发明的整体流程图；

图2为本发明实施例的电机模型；

图3本发明实施例的不同换相区间的电动势及线反电动势图。

图4为本发明线反电动势过零检测电路图

具体实施方式

下面结合附图对本申请进行进一步描述：

如图1所示，本实施例的一种基于线反电动势的无位置传感器无刷直流电机的位置检测方法，包括如下步骤：

步骤1、在无刷直流电机运行过程中，测得电机的三相端电压U_a、U_b、U_c和相电流i_a、i_b、i_c；

步骤2.1、结合3，以0°～90°换相区间为例，在0°～30°区间内C、B相导通，换相条件如式(1)所示：

在30°～90°区间内，A、B相导通，换相条件如式(2)所示：

步骤2.2、由于图2确定电机的数学模型如式(3)所示：

根据式(3)可得初始线反电动势e_ca表达式如式(4)所示：

在0°～30°区间内，将式(1)带入(4),由于i_a＝0,Ri_a＝0,di_a＝0,且i_c为常数，则di_c＝0，得式(5)：

e_ca ⁺＝U_ca-Ri_c (5)

在30°～90°区间内，将式(2)带入(4)由于i_c＝0,Ri_c＝0,di_c＝0,且i_a为常数，则di_a＝0，得式(6)：

e_ca ^-＝U_ca+Ri_a (6)

由图3可知线反电动势在0°～90区间内为斜率固定的直线，因此可得线反电动势为：

同理，根据电机的数学模型可以得到初始线反电动势e_bc和e_ab分别为：

最后得到改进线反电动势如式(8)所示：

步骤3、通过线反电动势过零检测电路得出过零时刻，线反电动势过零检测电路如图4所示，具体的，当比较器输出为零时，线反电动势为过零时刻，该过零时刻即为电机换相时刻；

本发明的实施例的上述描述是为了示例和说明的目的而给出的。它们并不是穷举性，也不意于将本发明限制于这些精确描述的内容，在上述教导的指引下，还可以有许多改动和变化。这些实施例被选中和描述仅是为了最好解释本发明的原理以及它们的实际应用，从而使得本领域技术人员能够更好地在各种实施例中并且使用适合于预期的特定使用的各种改动来应用本发明。因此，应当理解的是，本发明意欲覆盖在下面权利要求范围内的所有改动和等同。

Claims

1.一种基于线反电动势的无刷直流电机换相位置检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤3、判断换相时刻；

2.根据权利要求1所述一种基于线反电动势的无刷直流电机换相位置检测方法，其特征在于：步骤2包括：

确定电机在不同换相区间的换相条件；

建立电机的数学模型，进而得到初始电机线反电动势；

3.根据权利要求2所述一种基于线反电动势的无刷直流电机换相位置检测方法，其特征在于：所述电机的数学模型为：

式中，U_a、U_b、U_c分别为三相端电压，i_a、i_b、i_c分别为三相电流，e_a、e_b和e_c分别为a相、b相和c相电动势，R_s为相电阻，L为电机定子每相绕组自感与相间互感之差，U_n为电机中性点电压。

4.根据权利要求3所述一种基于线反电动势的无刷直流电机换相位置检测方法，其特征在于：所述初始线反电动势如下：

式中，U_ca、U_bc、U_ab为线电压，R为电机定子相电阻。

5.根据权利要求2所述一种基于线反电动势的无刷直流电机换相位置检测方法，其特征在于：所述改进线反电动势为：

其中，e_ca、e_bc、e_ab分别为三相线反电动势。

6.根据权利要求1所述一种基于线反电动势的无刷直流电机换相位置检测方法，其特征在于：所述换相时刻为改进线反电动势过零时刻。